Näidisküsimused kovalentsete sidemete kohta
Pendahuluan
Kovalentne side on keemilise sideme tüüp, kus kaks aatomit jagavad ühte või enamat elektroni, et saavutada stabiilne elektronkonfiguratsioon, näiteks väärisgaasides. See side tekib tavaliselt mittemetallide aatomite vahel, millel on suhteliselt kõrge elektronegatiivsus ja mis ei erine oluliselt. Kovalentse sideme moodustumisel on oluline roll nii orgaanilises kui ka anorgaanilises keemias ning see on paljude iga päev kokkupuutuvate ühendite alus. Selles artiklis käsitleme mitmeid kovalentsete sidemetega seotud näiteid ja pakume lahendusi, mis aitavad meil neid paremini mõista.
Näidisküsimused ja arutelu
Küsimus 1
Määrake H2O (vee) molekulis moodustunud kovalentsete sidemete tüüp ja arv.
Arutelu:
Vee molekul koosneb ühest hapnikuaatomist (O) ja kahest vesinikuaatomist (H).
1. Elektronkonfiguratsioon:
– Hapnik: 1s² 2s² 2p⁴ (kokku 8 elektroni)
– Vesinik: 1s¹ (kokku 1 elektron)
Oktetkonfiguratsiooni (8 elektroni välimises kestas) saavutamiseks vajab hapnik veel kahte elektroni, samas kui iga vesinikuaatom vajab dupletkonfiguratsiooni (2 elektroni K-kestas) saavutamiseks ühte elektroni.
2. Kovalentsete sidemete moodustumine:
– Iga vesinikuaatom jagab ühte elektroni hapnikuaatomiga.
– Hapnikul on kaks elektroni kahe vesinikuaatomiga, üks iga aatomi kohta.
Seega moodustub H2O molekulis kaks kovalentset sidet, üks vastavalt hapnikuaatomi ja üks vesinikuaatomi vahel.
Küsimus 2
Kirjutage metaani molekuli (CH₄) Lewise struktuur.
Arutelu:
Metaan koosneb ühest süsinikuaatomist (C) ja neljast vesinikuaatomist (H).
1. Elektronkonfiguratsioon:
– Süsinik: 1s² 2s² 2p² (kokku 6 elektroni)
– Vesinik: 1s¹ (kokku 1 elektron)
Süsinikul on neli valentselektroni (2s² 2p²) ja okteti moodustamiseks on vaja veel nelja elektroni.
2. Kovalentsete sidemete moodustumine:
– Igal vesiniku aatomil on süsiniku aatomiga üks ühine elektron.
– Süsinikul on neli elektroni ja neli vesinikuaatomit, üks iga aatomi kohta.
Metaani Lewise struktuur on järgmine:
""
H
|
H – C – H
|
H
""
Süsinik on keskel, millel on neli üksikut kovalentset sidet nelja vesinikuaatomiga.
Küsimus 3
Määrake süsinikdioksiidi (CO₂) Lewise struktuur ja molekulaarkuju.
Arutelu:
Süsinikdioksiid koosneb ühest süsinikuaatomist (C) ja kahest hapnikuaatomist (O).
1. Elektronkonfiguratsioon:
– Süsinik: 1s² 2s² 2p² (kokku 6 elektroni)
– Hapnik: 1s² 2s² 2p⁴ (kokku 8 elektroni)
Süsinikul on neli valentselektroni, igal hapnikuaatomil aga kuus. Süsinikul on okteti jaoks vaja nelja elektroni rohkem, iga hapnikuaatom aga kahte.
2. Kovalentsete sidemete moodustumine:
– Süsinik jagab iga hapnikuaatomiga kahte elektroni.
– Süsiniku ja iga hapniku vahel moodustuvad kaks kaksikkovalentset sidet.
CO₂ Lewise struktuur on järgmine:
""
O = C = O
""
Molekulaarne kuju on lineaarne ja sideme nurk on 180°.
Küsimus 4
Arvuta ammoniaagi molekuli (NH₃) valentselektronide koguarv ja joonista Lewise struktuur.
Arutelu:
Ammoniaak koosneb ühest lämmastikuaatomist (N) ja kolmest vesinikuaatomist (H).
1. Elektronkonfiguratsioon:
– Lämmastik: 1s² 2s² 2p³ (kokku 7 elektroni)
– Vesinik: 1s¹ (kokku 1 elektron)
Lämmastikul on viis valentselektroni, okteti jaoks on vaja veel kolme elektroni.
2. Valentselektronide koguarv:
– Lämmastik: 5 valentselektroni.
– Vesinik (3 aatomit): 3 elektroni (1 elektron aatomi kohta).
Valentselektronide koguarv = 5 + 3 = 8 valentselektroni.
3. Kovalentsete sidemete moodustumine:
– Lämmastik jagab iga vesinikuaatomiga ühte elektroni.
NH₃ Lewise struktuur on:
""
H
|
H – N – H
|
""
Ja lämmastikus on vabade elektronide paar (üksikpaar).
Küsimus 5
Joonistage ja selgitage nitraatiooni (NO₃⁻) Lewise struktuuri valemit.
Arutelu:
Nitraaioon on polüaatomiline ühend, millel on üks lämmastikuaatom (N) ja kolm hapnikuaatomit (O) ning negatiivne laeng.
1. Elektronkonfiguratsioon:
– Lämmastik: 1s² 2s² 2p³ (kokku 7 elektroni)
– Hapnik: 1s² 2s² 2p⁴ (kokku 8 elektroni)
Lämmastikul on viis valentselektroni, samas kui igal hapnikul on kuus valentselektroni.
2. Valentselektronide koguarv:
– Lämmastik: 5 elektroni.
– Hapnik (3 aatomit): 18 elektroni (6 elektroni aatomi kohta).
– Negatiivsete ioonide tõttu lisandub: 1 elektron.
Valentselektronide koguarv = 5 + 18 + 1 = 24 valentselektroni.
3. Kovalentsete sidemete moodustumine ja Lewise struktuuride valmistamine:
– Lämmastik moodustab ühe hapnikuaatomiga kaksiksideme ja kahe ülejäänud hapnikuaatomiga üksiksideme.
– Negatiivse laengu ühtlane jaotumine kahe üksiksidemega hapnikuaatomi vahel hõlmab resonantsi.
NO₃⁻ Lewise struktuur on:
""
O
/
SEES=O
""
Kuid elektronide delokalisatsiooni kirjeldamiseks tuleb lisada resonantsimärk.
Järeldus
Kovalentne side on keemia põhimõiste, kus aatomid jagavad elektrone stabiilsuse saavutamiseks. Lewise struktuuride joonistamise, valentselektronide loendamise ja molekulaarsete kujude määramise mõistmine on olulised oskused keemiliste protsesside sügavamaks mõistmiseks. Ülaltoodud näidete kaudu loodetakse, et lugejad saavad parema arusaama kovalentsete sidemete moodustumisest ja omadustest.
